WO2011034110A1 - 金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット - Google Patents

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WO2011034110A1
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oxide
metal
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metal oxide
powder
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均 松崎
勝寿 高木
範洋 慈幸
雅也 得平
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株式会社コベルコ科研
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    • G11B2007/24318Non-metallic elements
    • G11B2007/2432Oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a metal oxide-metal composite sputtering target useful for forming a recording layer for an optical information recording medium.
  • the recording layer of an optical information recording medium such as Blu-ray Disc is composed of various materials such as an inorganic material and an organic material.
  • a recording layer made of an inorganic material sputters a sputtering target of the same material as the recording layer. It is preferable to form by a sputtering method.
  • the sputtering method means that a plasma discharge is formed between a substrate and a sputtering target in a sputtering chamber into which Ar is introduced after evacuation, and Ar ionized by the plasma discharge is made to collide with the sputtering target, In this method, atoms of the sputtering target are knocked out and deposited on a substrate to produce a thin film.
  • In-plane uniformity of component composition and film thickness in the film surface direction (in the film surface) is smaller in the thin film formed by sputtering compared to thin films formed by ion plating, vacuum evaporation, and electron beam evaporation. Is excellent. Further, unlike the vacuum deposition method, the sputtering method has an advantage that a thin film having the same component composition as the sputtering target can be formed.
  • Patent Document 1 discloses a write-once optical recording medium including a recording layer having a first reaction layer and a second reaction layer.
  • a mixture of ZnS and SiO 2 is formed on a substrate.
  • a second dielectric layer made of Cu, a second reaction layer made of Cu, a first reaction layer made of Si, and a first dielectric layer made of a mixture of ZnS and SiO 2 are sequentially formed by sputtering.
  • details of the sputtering method are not described at all.
  • Patent Document 2 discloses an optical information recording medium having a recording layer made of Te, O, and a predetermined element M.
  • a Te—O—Pd recording layer was formed by sputtering. It is stated. However, the actual situation is that sputtering is performed using a Te—Pd target in an atmosphere of a mixed gas of Ar and O 2 , and a composite sputtering target containing a metal oxide and a metal is not disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a metal oxide-metal composite sputtering target useful for forming a recording layer for an optical information recording medium containing a metal oxide and a metal. There is.
  • the present invention includes the following aspects.
  • Metal oxide containing metal oxide A and metal B-metal composite sputtering target wherein the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide A is controlled to 200 ⁇ m or less- Metal composite sputtering target.
  • the metal oxide A may be aggregated.
  • the metal oxide A is at least one selected from the group consisting of In oxide, Bi oxide, Zn oxide, W oxide, Sn oxide, Co oxide, Ge oxide, and Al oxide. 3) The metal oxide-metal composite sputtering target according to any one of 3). (5) The metal oxide according to any one of (1) to (4), wherein the metal B is at least one selected from the group consisting of Pd, Ag, W, Cu, Ge, Co, and Al. Metal composite sputtering target. (6) The metal oxide-metal composite sputtering target according to any one of (1) to (5), which is used for forming a recording layer for an optical information recording medium.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter of the metal oxide is controlled to 200 ⁇ m or less, so that abnormal discharge occurs during sputtering or cracking of the sputtering target due to thermal stress occurs.
  • a metal oxide-metal composite recording layer corresponding to the composition of the sputtering target can be efficiently produced without causing the problem of occurrence.
  • the relative density of the metal oxide-metal composite sputtering target of the present invention is preferably controlled to 92% or more, the operation can be performed without causing problems such as gas generation from the sputtering target during sputtering. stable, productivity is enhanced.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) show the No. used in the examples. It is an optical microscope photograph showing the structure
  • the present inventors have used a metal oxide-metal composite sputtering target (hereinafter sometimes simply referred to as a composite sputtering target) useful for forming a recording layer for an optical information recording medium containing a metal oxide and a metal.
  • a composite sputtering target useful for forming a recording layer for an optical information recording medium containing a metal oxide and a metal.
  • the metal oxide is easily aggregated, and the aggregated oxide (oxide aggregate phase) is poor in sinterability compared to the metal, so that defects tend to remain inside the oxide aggregate phase.
  • the oxide aggregate phase is charged (charged up). Abnormal discharge may occur.
  • the large oxide aggregate phase also becomes an impediment to heat conduction, and cracking of the sputtering target is likely to occur.
  • a decrease in the relative density of the composite sputtering target causes a decrease in thermal conductivity and strength.
  • the input power is set to be high for the purpose of improving productivity, the sputtering is performed.
  • the temperature of the target surface (sputtering surface) rises, and thermal stress is generated due to the temperature difference between the front surface and the back surface. Since the metal oxide is a brittle material, the thermal stress easily causes cracks in the sputtering target. For this reason, the input power cannot be set high, resulting in a decrease in the film formation rate and, in turn, a decrease in productivity of the optical information recording medium.
  • the present inventors can solve the above-mentioned problems associated with the coarsening of the metal oxide aggregated phase and, more preferably, the problems associated with the decrease in the relative density of the composite sputtering target.
  • the type and mixing method of the mixer should be appropriate so that the raw material powder (metal oxide A and metal B) can be uniformly mixed, and even if the metal oxide A aggregates, there is no large aggregate phase.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter of the metal oxide A is 200 ⁇ m or less, preferably by relative sieving before mixing, if necessary.
  • the present inventors have found that metal oxide-metal composite sputtering having a density controlled to 92% or more can be obtained.
  • the sputtering target of the present invention is a composite sputtering target containing metal oxide A and metal B, and the maximum equivalent circle diameter of metal oxide A is controlled to 200 ⁇ m or less.
  • the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide A should be small, preferably 180 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter of the metal oxide A is controlled to 200 ⁇ m or less” means that the metal oxide A may be aggregated (of course, it may not be aggregated). However, even when the metal oxide A aggregates to form an aggregated phase, it means that the circle equivalent diameter of the metal oxide A satisfies 200 ⁇ m or less at the maximum. Specifically, when the equivalent circle diameter of the metal oxide A in the observation visual field is measured by the following procedure, it is necessary that the maximum diameter satisfies 200 ⁇ m or less in any observation visual field.
  • the reason why the “maximum value” (maximum diameter) is defined instead of the average value of the equivalent circle diameter of the metal oxide A is that even if the equivalent circle diameter of the metal oxide A is controlled to be small on average. This is because it has been proved by the basic experiments of the present inventors that the above-mentioned problems are caused when even one metal oxide A having a maximum diameter exceeding 200 ⁇ m exists in the observation field.
  • a sputtering surface to be measured is prepared.
  • the sputtering target is cut along a plane parallel to the sputtering surface to expose the sputtering surface to be measured.
  • the measurement target is the vicinity of the sputtering target surface, preferably the cut surface of the target outermost surface.
  • the sample cut as described above is embedded in a resin such as an epoxy resin, and the observation surface is mirror-polished.
  • etching of the sputtering surface is unnecessary.
  • the equivalent circle diameter of the metal oxide A contained in the surface of the sputtering surface after mirror polishing is observed with a microscope.
  • Microscopic observation is performed using an optical microscope or a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope: SEM).
  • SEM scanning Electron Microscope
  • a plurality of locations can be arbitrarily selected as the selected portion of the sputtering surface, but more accurate selection of the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide can be obtained by selecting as many as possible. In the present invention, for example, it is preferable to select about 5 to 9 locations per 30000 mm 2 of the sputtering surface.
  • the magnification for microscopic observation may be appropriately set according to the equivalent circle diameter of the metal oxide A, but is usually set to about 100 to 200 times. For example, when it is determined whether or not the metal oxide A has an equivalent circle diameter exceeding 200 ⁇ m, it is preferable to set the magnification to about 100 times and increase the visual field area.
  • the number of photomicrographs may be appropriately controlled according to the magnification. For example, when the magnification is set to about 100 times, it is preferable that the number of micrographs is set to three or more fields at random. On the other hand, when the magnification is set to about 200 times, it is preferable to further increase the number of fields of view. However, when a large aggregated phase of metal oxide A is not clearly observed during observation, it is sufficient to set the magnification to about 100 times, and the field of view may be randomly set to three or more fields.
  • the equivalent circle diameter of the metal oxide A is measured by image analysis.
  • Image analysis is performed using NanoHunter NS2K-Pro manufactured by Nano System Co., Ltd. Since the image analysis apparatus includes a program for automatically calculating all the above-described equivalent circle diameters, these are automatically obtained.
  • the maximum value is 200 ⁇ m or less in any field of view.
  • the relative density of the sputtering target of the present invention is preferably 92% or more.
  • problems such as operation instability due to gas generation during sputtering and generation of cracks due to thermal stress can be solved.
  • the relative density is a value measured by a normal Archimedes method.
  • the sputtering target of the present invention is a composite sputtering target containing a metal oxide A and a metal B, and the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide A and preferably the relative density is controlled as described above. Although all are included regardless of the composition, it is preferable to set the composition mainly considering the following (I) and (II).
  • the sputtering target of the present invention is preferably used for forming a recording layer for an optical information recording medium, and the composition of the sputtering target so as to satisfy the main characteristics required for the recording layer. It is also desirable to be controlled. Specifically, for example, it must have sufficient reflectivity for reproducing recorded signals, be able to record with practical recording laser power (having high recording sensitivity), and have sufficient signal amplitude for reproducing recorded signals.
  • the present invention provides a sputtering target useful for forming a recording layer for an optical information recording medium that satisfies required characteristics such as having (having a high degree of modulation) and having a high signal intensity (having a high C / N ratio). From the viewpoint, it is preferable to appropriately control the composition of the sputtering target.
  • metal oxide A and metal B are preferably used in the presence of a solvent such as water.
  • a solvent such as water.
  • melting points such as In and Bi generally have a melting point as low as 500 ° C. or less dissolve when the sputtering target is manufactured (sintered)
  • low melting point metals such as In and Bi are used as metal B. Is preferably used as the metal oxide A in the form of an oxide.
  • a metal which is unstable in the form of a metal oxide such as Pd (PdO 2 decomposes at a temperature of about 700 ° C.) only as the metal B.
  • some metals may be used as the metal oxide A or the metal B, such as W or Co. As shown in Examples described later, in the present invention, W and Co are used in any form.
  • preferred metal oxides A and B constituting the sputtering target of the present invention are as follows.
  • the metal oxide A is preferably at least one selected from the group consisting of In oxide, Bi oxide, Zn oxide, W oxide, Sn oxide, Co oxide, Ge oxide, and Al oxide. These may be contained independently and 2 or more types may be used together.
  • the metal B is preferably at least one selected from the group consisting of Pd, Ag, W, Cu, Ge, Co, and Al. These may be contained independently and 2 or more types may be used together.
  • examples of preferable combinations of the metal oxide A and the metal B include (a) Zn oxide + W + Pd and (b) oxide In + Pd.
  • a method for producing the sputtering target of the present invention will be described.
  • a mixing step of raw material powders (metal oxide A and metal B) is particularly suitable. It is extremely important to control it. Specifically, as described below, it is preferable to select a suitable mixing method according to the type of the mixer.
  • the mixer used in the mixing step is a raw material powder such as a V-type mixer with stirring blades and a horizontal cylindrical mixer with internal blades. It is preferable to mix using a mixer having a shearing action. This is because the agglomerated portion (agglomerated phase) is crushed even if the metal oxide A is agglomerated by a stirring blade or an internal blade installed in the mixer, and thus aggregation of the raw material powder is suppressed.
  • the method of mixing using the above mixer is not particularly limited, and the type, amount, and mixing of the raw material powder so that the maximum circle equivalent diameter of the metal oxide A does not exceed 200 ⁇ m. Depending on the type of machine, etc., it should be set appropriately.
  • the mixing time is controlled in the range of 60 to 90 minutes
  • the number of stirring is 30 to 70 rpm
  • the internal blades are in the opposite direction to the cylinder. It is preferable to control in the range of 100 to 500 rpm.
  • a mixer having no shearing action a normal mixer having no shearing action [V-type mixer (V mixer), horizontal cylindrical mixer, etc.] can also be used.
  • V-type mixer V mixer
  • horizontal cylindrical mixer etc.
  • a sputtering target in which the maximum value of the circle-equivalent diameter of the object A is appropriately controlled can be obtained (see examples described later).
  • a mill such as a ball mill or a vibration mill can be used as a mixer.
  • the mill is usually used for crushing the raw material powder, but in the present invention, the mill can be used for crushing and mixing the raw material powder.
  • under wet conditions means mixing in the presence of a solvent such as water.
  • the mixing conditions are not particularly limited, and may be appropriately set according to the type and amount of the raw material powder, the type of mill, and the like so that the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide A does not exceed 200 ⁇ m.
  • raw material powder, alumina balls and water are put into a ball mill, mixed for a predetermined time, taken out, dried, and coarsely pulverized, preferably by pulverizing in a mortar. Then, it is preferable to use for a sintering process.
  • Adjustment of particle size distribution before mixing for metal oxide A for the purpose of removing coarse powder before mixing and appropriately controlling the particle size distribution, it is passed through a sieve of a predetermined size. It is preferable to mix only those that have passed through.
  • the above (2) is not necessarily an essential step, and it is preferable to carry out an appropriate combination depending on the type of the mixer.
  • the above (2) may or may not be performed. In either case, the desired metal oxide A
  • a sputtering target having the maximum value of the equivalent circle diameter has been confirmed in the examples described later.
  • the mixing ratio of the metal oxide A and the metal B may be appropriately controlled in accordance with the desired composition of the recording layer for an optical information recording medium.
  • the mixed powder obtained as described above is sintered.
  • Examples of the sintering method include HIP (Hot Isostatic Pressing), hot pressing, and the like, but it is preferable to perform discharge plasma sintering described in Examples described later.
  • the spark plasma sintering method is a method in which a DC pulse current is passed while pressing the mixed powder, and discharge plasma is generated between the powders to sinter. It can be sintered in a short time (several minutes) and handled. It has the advantage of being easy. Since the specific conditions of the spark plasma sintering method differ depending on the type and amount of the raw material powder, the heating temperature is determined in a preliminary experiment. Further, in order to increase the density, it is preferable that the applied pressure is high, and it is preferable to control the pressure within the range of 40 to 50 MPa.
  • a sputtering target is manufactured by machining the sintered body obtained as described above.
  • Examples of the machining method include machining using a lathe or a milling machine, but machining using an NC lathe described in Examples described later is preferable.
  • a thin film formed by a sputtering method using the sputtering target thus obtained is particularly preferably used for a recording layer of an optical information recording medium.
  • Example 1 Compound sputtering targets (No. 1 to 14) containing metal oxide A and metal B having various compositions shown in Table 1 are mixed by the method shown in Table 1, then sintered and machined to produce. did.
  • oxidized In powder oxidized In made of rare metal, purity 99.9%, average particle size 7.3 ⁇ m, standard deviation SD 1.0 ⁇ m
  • Pd powder Ishifuku Metal, average particle size 2.0 ⁇ m, Standard deviation SD 0.5 ⁇ m
  • the oxidized In powder was used by removing coarse particles in advance using a 100 mesh sieve before mixing, and using only the powder that passed through the sieve.
  • these raw material powders were put into a vibration mill and mixed under wet conditions. Specifically, an alumina ball having a diameter of 10 mm, 400 g of the above raw material powder (228 g of oxidized In powder, 172 g of Pd powder), and 800 mL of water were added to a vibration mill, and then mixed under the conditions shown in Table 1. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed in the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • the sintering method was performed using a discharge plasma sintering machine (SPS-3.20MK-IV manufactured by Sumitomo Heavy Industries). Specifically, the mixed powder was filled in a graphite mold ⁇ 105 mm, placed in the sintering machine, and sintered at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, machining was performed with an NC lathe. 1 sputtering target was manufactured.
  • SPS-3.20MK-IV manufactured by Sumitomo Heavy Industries
  • these raw material powders were put into a mixer equipped with stirring blades (manufactured by Kobelco Research Institute in-house) and mixed. Specifically, 450 g of the above raw material powder (247.5 g of oxidized In powder, 157.5 g of Pd powder, and 45 g of Ag powder) was added to the above mixer, and then mixed under the conditions shown in Table 1. Used in the next sintering step.
  • Sintering method is no. In the same manner as in No. 1, a spark plasma sintering machine was used, and sintering was performed at a heating temperature of 940 ° C. and a pressure of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 3 sputtering targets were produced.
  • these raw material powders were put into a ball mill and mixed under wet conditions. Specifically, a ⁇ 10 mm alumina ball, 500 g of the above raw material powder (325 g of oxidized In powder, 150 g of Pd powder, and 25 g of W powder) and 700 mL of water were added to a ball mill and mixed under the conditions shown in Table 1. did. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. 1 performs machining in the same manner as, No. 4 of the sputtering target was produced.
  • these raw material powders were put into a ball mill and mixed under wet conditions. Specifically, after adding ⁇ 10 mm alumina balls, 500 g of the above raw material powder (275 g of Zn oxide powder, 25 g of oxidized W powder, and 200 g of Pd powder) and 700 mL of water in a ball mill, the conditions shown in Table 1 were applied. Mixed. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 950 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. 1 performs machining in the same manner as, No. 5 sputtering target was produced.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 6 sputtering targets were produced.
  • oxidized Bi powder oxidized Bi manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd., purity 99.99%, average particle diameter 7.5 ⁇ m, standard deviation SD 1.1 ⁇ m
  • Co powder manufactured by UMICORE, purity 99.9%, average particle diameter 10 ⁇ m, standard deviation SD 2.0 ⁇ m
  • Ge powder manufactured by Wako Pure Chemical Industries, purity 99.99%, average particle size 11 ⁇ m, standard deviation SD 2.4 ⁇ m
  • these raw material powders were put into a vibration mill and mixed under wet conditions. Specifically, after adding an alumina ball having a diameter of 10 mm, 400 g of the above raw material powder (228 g of oxidized Bi powder, 132 g of Co powder, 40 g of Ge powder) and 700 mL of water in a vibration mill, the conditions shown in Table 1 were added. Mixed. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 7 sputtering target was manufactured.
  • oxidized Sn powder oxidized Sn manufactured by Mitsuwa Chemical, purity 99.9%, average particle size 5.0 ⁇ m, standard deviation SD 1.1 ⁇ m
  • Pd powder and Ag powder used in 3 were prepared.
  • coarse particles were previously removed using a 100-mesh sieve, and only those that passed through the sieve were used.
  • these raw material powders were put into a ball mill and mixed under wet conditions. More specifically, after adding ⁇ 10 mm alumina balls, 450 g of the above raw material powder (265 g of oxidized Sn powder, 135 g of Pd powder, 22.5 g of Ag powder) and 700 mL of water in a ball mill, the conditions shown in Table 1 were added. Mixed. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in No. 1, a spark plasma sintering machine was used, and sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and an applied pressure of 40 MPa for 1 hour. Next, no. 1 performs machining in the same manner as, No. 8 sputtering targets were produced.
  • these raw material powders are No.
  • the mixture was added to the mixer with stirring blades used in 3 and mixed. Specifically, after adding 400 g of the raw material powder (160 g of Zn oxide powder, 20 g of oxidized Co powder, 160 g of Pd powder, and 60 g of Cu powder) to the above mixer, mixing is performed under the conditions shown in Table 1. This was used for the next sintering step.
  • Sintering method is no. In the same manner as in No. 1, a spark plasma sintering machine was used, and sintering was performed at a heating temperature of 900 ° C. and an applied pressure of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 9 sputtering targets were produced.
  • these raw material powders were put into a V mixer and mixed. Specifically, 400 g of the above raw material powder (188 g of oxidized Bi powder, 80 g of oxidized Ge powder, and 132 g of Pd powder) was added to the V mixer, and then mixed under the conditions shown in Table 1. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 100 mesh sieve was used for the following sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. 1 performs machining in the same manner as, No. Ten sputtering targets were manufactured.
  • these raw material powders were put into a V mixer and mixed. Specifically, after adding 400 g of the above raw material powder (204 g of Zn oxide powder, 156 g of Pd powder, 40 g of Cu powder) in the V mixer, the mixture obtained under the conditions shown in Table 1 is used in the next sintering step. Used for.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 950 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 11 sputtering targets were produced.
  • these raw material powders were put into a V mixer and mixed. Specifically, after adding 400 g of the above raw material powder (228 g of oxidized In powder and 172 g of Pd powder) in a V mixer, a mixture obtained under the conditions shown in Table 1 was used in the next sintering step.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 1000 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. To produce a 12 sputtering target.
  • these raw material powders were charged in a V mixer and mixed. Specifically, after adding 400 g of the raw material powder (244 g of Zn oxide powder and 156 g of Pd powder) in the V mixer, the mixture under the conditions shown in Table 1 was used for the next sintering step.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 950 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. Thirteen sputtering targets were manufactured.
  • oxidized In powder (same as No. 1), Zn oxide powder (same as No. 2), oxidized Al powder (Mitsuwa Chemical Al oxide, purity 99.99%, average particle size 0.3 ⁇ m, standard) Deviation SD 0.1 ⁇ m) and Pd powder (same as No. 1) were prepared.
  • these raw material powders were put into a ball mill and mixed under wet conditions. Specifically, after adding ⁇ 10 mm alumina balls, 500 g of the above raw material powder (335 g of oxidized In powder, 65 g of Zn oxide powder, 30 g of oxidized Al powder, and 70 g of Pd powder) and 700 mL of water in a ball mill, It was mixed under the conditions shown in Table 1. Then, after drying at 140 degreeC for 2 hours, it crushed using the mortar, and what passed the 36 mesh sieve was used for the next sintering process.
  • Sintering method is no. In the same manner as in Example 1, using a discharge plasma sintering machine, sintering was performed at a heating temperature of 950 ° C. and a pressing force of 50 MPa for 1 hour. Next, no. Machining was performed in the same manner as in No. 1, and no. 14 sputtering targets were manufactured.
  • the above sputtering target was attached to a sputtering apparatus (a sputtering system “HSR-542S” manufactured by Shimadzu Corporation), and DC magnetron sputtering was performed.
  • a sputtering apparatus a sputtering system “HSR-542S” manufactured by Shimadzu Corporation
  • DC magnetron sputtering was performed.
  • the number of occurrences of abnormal discharge (arcing) was measured by an arc monitor (micro arc monitor “MAM Genesis” measuring instrument manufactured by Landmark Technology) connected to the power source of the sputtering apparatus.
  • the conditions for DC magnetron sputtering were Ar flow rate: 10 sccm, oxygen flow rate: 10 sccm, gas pressure: 0.4 Pa, DC sputtering power: 200 W, and substrate temperature: room temperature.
  • abnormal discharge was evaluated based on the following criteria. In this example, it was determined that abnormal discharge did not occur (arcing occurrence count 0) was abnormal discharge pass (A), and occurrence (arcing occurrence count 1 or more) was abnormal discharge reject (B).
  • the operational stability was evaluated based on the following criteria.
  • the case where the evacuation time was 2 hours or less was determined to pass the operation stability (A), and the case where the vacuuming time exceeded 2 hours was determined to be the operation stability reject (B).
  • No. 1 prepared by the preferred mixing method of the present invention.
  • Nos. 1 to 10 and 14 were able to prevent abnormal discharge during sputtering because the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide was controlled to 200 ⁇ m or less regardless of the composition of the sputtering target.
  • those in which the relative density was appropriately controlled Nos. 1 to 5, 7 to 9, and 14 were found to have excellent operational stability.
  • No. Nos. 5, 7, and 14 are examples in which wet mixing was performed without prior sieving.
  • the maximum value of the circle equivalent diameter of the metal oxide was slightly larger than 1, 2, 4, and 8, the range of the present invention was satisfied, so that abnormal discharge during sputtering could be prevented.
  • the relative density was appropriately controlled, the operation stability was also good.
  • No. 3 is an example of pre-sieving and then mixing with a mixer equipped with a stirring blade. Both the maximum value of the circle equivalent diameter and the relative density of the metal oxide are appropriately controlled, and abnormal discharge during sputtering is performed. In addition, the operational stability was good.
  • No. Nos. 6 and 9 are examples of mixing with a mixer equipped with a stirring blade without prior sieving. Although the maximum value of the circle equivalent diameter of the metal oxide was slightly larger than that of No. 3, the range of the present invention was satisfied, so that abnormal discharge during sputtering could be prevented. In addition, No. 6, the relative density of the sputtering target is lowered.
  • No. No. 10 is an example of pre-sieving and then mixing with a V mixer under a dry method.
  • the maximum value of the circle equivalent diameter of the metal oxide was kept small, and no abnormal discharge occurred.
  • No. Nos. 11 to 13 are examples of mixing with a V mixer under a dry method without performing sieving in advance, and the maximum value of the circle equivalent diameter of the metal oxide was increased, and abnormal discharge occurred during sputtering.
  • No. 12 and 13 are No. Since the oxide content was higher than 11, the relative density of the sputtering target was lowered, and the operational stability was poor. Oxides generally have a higher melting point than metals, so oxides are more stable at the same temperature, atomic diffusion is slow, and sintering is less likely to proceed. Further, the hardness is high, and at the same temperature and pressure, the particles do not deform and the voids between the particles cannot be filled. For these reasons, the relative density decreases when the oxide content is high.
  • No. 1 no. 2 (eg both the present invention), No. 12 (comparative example) micrographs are shown in FIGS. 1 (a) to 1 (b), 2 (a) to 2 (b), and 3 (a) to 3 (b), respectively.
  • No. 1 and no. No. 2 does not satisfy the requirements of the present invention, while the maximum equivalent circle diameter of the metal oxide is controlled to be low.
  • No. 12 had a large maximum equivalent circle diameter of the metal oxide, and a large oxide aggregate phase was observed.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter of the metal oxide is controlled to 200 ⁇ m or less, so that abnormal discharge occurs during sputtering or cracking of the sputtering target due to thermal stress occurs.
  • a metal oxide-metal composite recording layer corresponding to the composition of the sputtering target can be efficiently produced without causing the problem of occurrence.
  • the relative density of the metal oxide-metal composite sputtering target of the present invention is preferably controlled to 92% or more, the operation can be performed without causing problems such as generation of gas from the sputtering target during sputtering. Stable and productive.

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Abstract

 金属酸化物および金属を含む光情報記録媒体用記録層などの形成に有用な、金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットを提供する。本発明のスパッタリングターゲットは、金属酸化物Aと、金属Bとを含む複合スパッタリングターゲットであって、前記金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下に制御されている。

Description

金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット
 本発明は、光情報記録媒体用記録層などの形成に有用な金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットに関するものである。
 Blu-ray Discなどの光情報記録媒体の記録層は、無機材料や有機材料などの様々な材料から構成されており、例えば無機材料からなる記録層は、記録層と同じ材料のスパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法によって形成することが好ましい。ここで、スパッタリング法とは、真空引き後にArを導入したスパッタリングチャンバー内において、基板とスパッタリングターゲットとの間でプラズマ放電を形成し、該プラズマ放電によりイオン化させたArをスパッタリングターゲットに衝突させて、該スパッタリングターゲットの原子をたたき出し、基板上に堆積させて薄膜を作製する方法である。スパッタリング法で形成された薄膜は、イオンプレーティング法や真空蒸着法、電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向(膜面内)における成分組成や膜厚などの面内均一性に優れている。また、スパッタリング法は、真空蒸着法とは異なり、スパッタリングターゲットと同じ成分組成の薄膜を形成できるという長所を有している。
 しかし、金属酸化物および金属を含む光情報記録媒体用記録層などの形成に有用な、金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットは、これまで、具体的に開示されていない。
 例えば特許文献1には、第1の反応層と第2の反応層を有する記録層を含む追記型光記録媒体が開示されており、実施例には、基板上に、ZnSとSiO2の混合物からなる第2の誘電体層と、Cuからなる第2の反応層と、Siからなる第1の反応層と、ZnSとSiO2の混合物からなる第1の誘電体層を順次スパッタ法により形成した旨記載されているが、スパッタ法の詳細は全く記載されていない。
 また、特許文献2には、Te、O及び所定元素Mからなる記録層を有する光学的情報記録媒体が開示されており、実施例には、スパッタ法によってTe-O-Pd記録層を形成した旨記載されている。しかしながら、その実態は、ArとO2の混合ガスの雰囲気中で、Te-Pdターゲットを用いてスパッタリングするというものであり、金属酸化物と金属を含む複合スパッタリングターゲットは開示されていない。
日本国特開2003-203383号公報 日本国特開2002-251778号公報
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属酸化物および金属を含む光情報記録媒体用記録層などの形成に有用な、金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットを提供することにある。
 本発明は以下の態様を含む。
(1)金属酸化物Aと、金属Bとを含む金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットであって、前記金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下に制御されている金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
 なお、上記(1)の金属酸化物Aと、金属Bとを含む金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットにおいて、金属酸化物Aは凝集していても良い。
(2)相対密度が92%以上である(1)に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
(3)前記金属酸化物Aを構成する金属AMと、前記金属Bは、同一または異なっている(1)又は(2)に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
(4)前記金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種である(1)~(3)のいずれかに記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
(5)前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である(1)~(4)のいずれかに記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
(6)光情報記録媒体用記録層の形成に用いられるものである(1)~(5)のいずれかに記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
 本発明の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットは、金属酸化物の円相当直径の最大値が200μm以下に制御されているため、スパッタリング中に異常放電が生じたり、熱応力によるスパッタリングターゲットの割れが発生するといった問題を招くことなく、当該スパッタリングターゲットの組成に対応した金属酸化物-金属複合記録層を効率よく作製することができる。また、本発明の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットは、好ましくは相対密度が92%以上に制御されているため、スパッタリング中にスパッタリングターゲットからガスが発生するなどの問題を招くことなく、操業が安定し、生産性が高められる。
図1(a)及び図1(b)は、実施例に用いたNo.1(本発明例)のスパッタリングターゲットの組織を表す光学顕微鏡写真であり、図1(b)は図1(a)の拡大図である。 図2(a)及び図2(b)は、実施例に用いたNo.2(本発明例)のスパッタリングターゲットの組織を表す光学顕微鏡写真であり、図2(b)は図2(a)の拡大図である。 図3(a)及び図3(b)は、実施例に用いたNo.12(比較例)のスパッタリングターゲットの組織を表す光学顕微鏡写真であり、図3(b)は図3(a)の拡大図である。
 本発明者らは、金属酸化物および金属を含む光情報記録媒体用記録層などの形成に有用な、金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット(以下、単に複合スパッタリングターゲットと呼ぶ場合がある。)を提供するため、検討を行なった。金属酸化物を含有する複合スパッタリングターゲットの製造に当たっては、金属酸化物を含まない金属からなるスパッタリングターゲットを製造する場合とは異なって、凝集し易い金属酸化物を如何に制御できるかという大きな課題を抱えている。
 すなわち、金属酸化物は凝集し易く、凝集した酸化物(酸化物凝集相)は金属に比べて焼結性が悪いため、酸化物凝集相の内部に欠陥が残りやすい。そして、大きな酸化物凝集相が存在する複合スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって光情報記録媒体用記録層などの薄膜を形成しようとすると、この酸化物凝集相に帯電(チャージアップ)し、ここから異常放電が生じる恐れがある。また、大きな酸化物凝集相は熱伝導の阻害要因にもなり、スパッタリングターゲットの割れが発生し易くなる。
 また、上記のように酸化物凝集相の内部に欠陥が残りやすいため、金属酸化物を含む複合スパッタリングターゲットの相対密度を高くすることは困難である。相対密度が低い複合スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって光情報記録媒体用記録層を形成しようとすると、当該スパッタリングターゲットからガスが発生し、操業不安定などの弊害を招く。
 更に、複合スパッタリングターゲットの相対密度の低下は、熱伝導率や強度の低下を招く。詳細には、このような相対密度が低い複合スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって光情報記録媒体用記録層を形成する際、生産性向上などの目的で投入電力を高く設定しようとすると、当該スパッタリングターゲット表面(スパッタリング面)の温度が上昇し、表面と裏面の温度差によって熱応力が生じる。金属酸化物は脆い材料であるため、この熱応力が原因となって当該スパッタリングターゲットに割れが生じ易くなる。そのため、投入電力を高く設定できず、成膜速度の低下、ひいては光情報記録媒体の生産性の低下をもたらす。
 そこで、本発明者らは、上述した金属酸化物凝集相の粗大化に伴う問題点や、更に好ましくは、複合スパッタリングターゲットの相対密度の低下に伴う問題点を解決することができる金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットを提供するため、検討を行なった。その結果、原料粉末の混合→焼結→機械加工といったスパッタリングターゲット製造の基本工程において、特に混合工程に留意することが極めて重要であることを突き止めた。具体的には、原料粉末(金属酸化物Aと金属B)を均一に混合し得、金属酸化物Aが凝集したとしても大きな凝集相が存在しないように、混合機の種類や混合方法を適切に制御し、必要に応じて混合前に篩にかけて原料粉末の粒度分布を適切に調整する方法を採用すれば、金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下であり、好ましくは、相対密度が92%以上に制御された金属酸化物-金属複合スパッタリングが得られることを見出し、本発明を完成した。
 まず、本発明のスパッタリングターゲットについて説明する。
 上述したように、本発明のスパッタリングターゲットは、金属酸化物Aと、金属Bとを含む複合スパッタリングターゲットであって、金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下に制御されているところに特徴がある。これにより、前述した問題、すなわち、スパッタリング中の異常放電や、熱応力による割れ発生などを防止することができる。これらの問題を有効に防止するためには、金属酸化物Aの円相当直径の最大値は小さい方が良く、好ましくは180μm以下、より好ましくは100μm以下である。
 ここで、上記「金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下に制御されている」とは、金属酸化物Aは凝集していても良い(勿論、凝集していなくても良い)が、凝集して金属酸化物Aが凝集相を形成する場合であっても、当該金属酸化物Aの円相当直径は、最大でも200μm以下を満足することを意味している。詳細には、以下の手順によって観察視野中の金属酸化物Aの円相当直径を測定したとき、いずれの観察視野においても、最大径が200μm以下を満足していることが必要である。本発明において、金属酸化物Aの円相当直径の平均値ではなく「最大値」(最大径)を規定した理由は、金属酸化物Aの円相当直径が平均的に小さく制御されていたとしても、観察視野中に1個でも最大径が200μmを超える大きな金属酸化物Aが存在すると、上述した不具合を招くことが、本発明者らの基礎実験によって実証されたためである。
(金属酸化物Aの円相当直径の測定方法)
 まず、測定対象となるスパッタリング面を用意する。ここでは、金属酸化物Aの円相当直径を測定し易いように、スパッタリングターゲットをスパッタリング面と平行する面で切断し、測定対象となるスパッタリング面を露出させる。測定対象は、スパッタリングターゲット表面近傍、好ましくはターゲット最表面の切断面を測定対象とする。
 次に、上記のようにして切断した試料をエポキシ系樹脂などの樹脂に埋め込み、観察面を鏡面研磨する。ここでは、スパッタリング面のエッチングは不要である。
 次いで、鏡面研磨後のスパッタリング面の面内に含まれる金属酸化物Aの円相当直径を顕微鏡観察する。顕微鏡観察は、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて行う。スパッタリング面の面内に含まれる金属酸化物Aと金属Bとの識別は、上記のいずれの顕微鏡観察でも可能であるが、コントラストが顕著で識別がし易いSEM観察を行なうことが好ましい。
 スパッタリング面の選択箇所は、複数の箇所を任意に選ぶことができるが、できるだけ多く選択した方が、より正確な金属酸化物の円相当直径の最大値を求めることができる。本発明では、例えば、スパッタリング面30000mm当たり5~9箇所程度を選択することが好ましい。
 次に、選択した複数箇所のそれぞれについて顕微鏡写真を撮影する。顕微鏡観察の倍率は、金属酸化物Aの円相当直径に合わせて適宜適切に設定すれば良いが、通常、100~200倍程度に設定する。例えば金属酸化物Aの円相当直径が200μmを超えるものの有無を判定する場合は、倍率を100倍程度に設定し、視野面積を大きくすることが好ましい。顕微鏡写真の撮影数は、倍率に応じて、適宜適切に制御すれば良いが、例えば、倍率を100倍程度に設定する場合は、無作為に3視野以上とすることが好ましい。一方、倍率を200倍程度に設定する場合は、視野数を更に増やすことが好ましい。ただし、観察時に金属酸化物Aの大きな凝集相が明らかに見られないときは、倍率を100倍程度に設定しても十分で、無作為に3視野以上として構わない。
 次いで、画像解析により、金属酸化物Aの円相当直径を測定する。画像解析は、画像解析装置ナノシステム(株)製NanoHunter NS2K-Proを用いて行なう。上記の画像解析装置には、前述した円相当直径、をすべて自動的に算出するプログラムが具備されているため、これらは自動的に求められる。このようにして得られた金属酸化物Aの円相当直径を測定したとき、いずれの視野においても、最大値が200μm以下のものを本発明例とする。
 また、本発明のスパッタリングターゲットは、相対密度が92%以上であることが好ましい。これにより、スパッタリング中のガス発生による操業不安定や、熱応力による割れ発生などの問題を解消することができる。これらの問題を確実に解消するためには、相対密度をできるだけ高くする方が良く、例えば、95%以上とすることがより好ましい。本発明において、相対密度は、通常のアルキメデス法によって測定された値である。
 本発明のスパッタリングターゲットは、金属酸化物Aと、金属Bとを含む複合スパッタリングターゲットであって、金属酸化物Aの円相当直径の最大値と、好ましくは相対密度が上記ように制御されているものは、その組成にかかわらず、すべて包含されるが、下記(I)および(II)などを主に考慮してその組成を設定することが好ましい。
 (I)本発明のスパッタリングターゲットは、好ましくは、光情報記録媒体用記録層の形成に用いられるものであり、当該記録層に要求される主な特性を満足し得るように、スパッタリングターゲットの組成も制御されていることが望ましい。具体的には例えば、記録信号の再生に十分な反射率を有すること、実用的な記録レーザーパワーで記録が可能なこと(高記録感度を有すること)、記録信号の再生に十分な信号振幅を有すること(高変調度を有すること)、信号強度が高いこと(高いC/N比を有すること)といった要求特性を満足する光情報記録媒体用記録層の形成に有用なスパッタリングターゲットを提供するという観点から、スパッタリングターゲットの組成を適切に制御することが好ましい。
 (II)後に詳述するが、本発明で推奨されるスパッタリングターゲットの製造方法との関係で、金属酸化物Aと金属Bとの組み合わせを適切に制御することが好ましい。例えば、本発明では、水などの溶媒存在下で原料粉末である金属酸化物Aと金属Bを混合する湿式混合法が好ましく用いられる。また、InやBiのように融点がおおむね、500℃以下と低融点の金属は、スパッタリングターゲットの製造時(焼結時)に溶解するため、InやBiなどの低融点金属は、金属Bとしては使用せず、酸化物の形態で金属酸化物Aとして使用することが好ましい。また、Pdなどのように金属酸化物の形態で不安定な金属(PdO2は、約700℃の温度で分解する)は、金属Bとしてのみ、使用することが好ましい。なお、金属のなかには、例えば、WやCoのように、金属酸化物Aとして使用しても良いし、金属Bとして使用しても良いものもある。後記する実施例に示すように、本発明では、WおよびCoを、いずれの形態でも使用している。
 上記(I)および(II)を主に考慮し、本発明のスパッタリングターゲットを構成する好ましい金属酸化物Aおよび金属Bは、以下のとおりである。
 まず、金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらは単独で含まれていても良いし、2種以上が併用されていても良い。
 一方、金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらは単独で含まれていても良いし、2種以上が併用されていても良い。
 本発明において、金属酸化物Aと金属Bの好ましい組み合わせ例としては、例えば、(a)酸化Zn+W+Pd、(b)酸化In+Pdが挙げられる。
 次に、本発明のスパッタリングターゲットを製造する方法について説明する。上述した金属酸化物Aの円相当直径の最大値、更には好ましくは相対密度を満足するスパッタリングターゲットを製造するためには、特に、原料粉末(金属酸化物Aと金属B)の混合工程を適切に制御することが極めて重要である。具体的には、以下に記載するように、混合機の種類に応じて適式な混合方法を選択することが好ましい。
 (混合工程)
 (1)混合機について
 (1a)せん断作用を有する混合機の使用
 混合工程に用いられる混合機は、攪拌羽根付きV型混合機、内設羽根付き水平円筒型混合機などのように、原料粉末のせん断作用を有する混合機を用いて混合することが好ましい。混合機に設置された攪拌羽根や内設羽根などにより、金属酸化物Aが凝集したとしても凝集部分(凝集相)が解砕されるため、原料粉末の凝集が抑制されるからである。
 上記混合機を用いて混合する方法(混合時間や撹拌数など)は特に限定されず、金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μmを超えないように、原料粉末の種類や量、混合機の種類などに応じて、適宜適切に設定すれば良いが、おおむね、混合時間を、60~90分の範囲に制御し、撹拌数を、胴30~70rpm、内設羽根は胴と反対方向に100~500rpmの範囲に制御することが好ましい。
 (1b)せん断作用を有しない混合機の使用
 あるいは、本発明では、せん断作用を有しない通常の混合機[V型混合機(Vミキサー)、水平円筒型混合機など]を用いることもできる。この場合は、後記(2)に記載するように、金属酸化物Aについて、混合前に原料粉末(金属酸化物A)の粒度分布を適切に制御しておくことが好ましく、これにより、金属酸化物Aの円相当直径の最大値が適切に制御されたスパッタリングターゲットを得ることができる(後記する実施例を参照)。
 (1c)ミルの使用
 あるいは、本発明では、ボールミルや振動ミルなどのミルを混合機として用いることもできる。ミルは通常、原料粉末を砕くのに用いられるが、本発明では、原料粉末の解砕と混合を兼ねてミルを用いることができる。ミルを用いて混合する場合は、湿式下で行なうことが好ましく、これにより、金属酸化物Aの円相当直径の最大値を、所定範囲に低く抑えることができる(後記する実施例を参照)。ここで、湿式下とは、水などの溶媒存在下で混合することを意味する。混合条件は特に限定されず、金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μmを超えないように、原料粉末の種類や量、ミルの種類などに応じて、適宜適切に設定すれば良い。具体的には、例えば、原料粉末とアルミナボールと水を、ボールミルに投入し、所定時間混合した後、取り出して乾燥し、好ましくは乳鉢内ですりつぶす等して粗粉砕を行い、36メッシュの篩にかけてから、焼結工程に供することが好ましい。
 (2)金属酸化物Aについて、混合前の粒度分布の調整
 特に金属酸化物Aについて、混合前に粗大な粉末を除去して粒度分布を適切に制御する目的で、所定サイズの篩にかけ、篩を通ったもののみを混合することが好ましい。具体的には、金属酸化物Aについて、例えば、100メッシュ(=篩の目のサイズ150μm)の篩を用い、金属酸化物Aの円相当直径の平均値を、おおむね、150μm以下に制御しておくことが好ましい。
 なお、金属Bについては、混合前に粒度分布の調整をする必要はない。
 上記(2)は、必ずしも必須工程ではなく、混合機の種類によって適宜組み合わせて行なうことが好ましい。例えば、上記(1a)のようにせん断作用を有する混合機を用いて混合する場合は、上記(2)を行っても行なわなくても良く、いずれの場合でも、所望とする金属酸化物Aの円相当直径の最大値を有するスパッタリングターゲットが得られることを、後記する実施例で確認している。一方、上記(1c)のように通常の混合機を用いて混合する場合は、前述したように上記(2)を行なうことが好ましい。
 なお、金属酸化物Aと金属Bとの混合比率は、所望とする光情報記録媒体用記録層の組成に対応して、適宜適切に制御すれば良い。
 以上、本発明に係るスパッタリングターゲットを製造する工程のうち、最も重要な混合工程について説明した。
 本発明のスパッタリングターゲットは、上記混合工程に留意して製造することが重要であり、それ以外の工程は、スパッタリングターゲットの製造に通常用いられる方法を適宜採用することができる。以下、混合工程後の焼結→機械加工の各工程について、好ましい製造工程を説明する。
(焼結工程)
 上記のようにして得られた混合粉末を焼結する。焼結方法としては、HIP(Hot Isostatic Pressing)、ホットプレスなどが挙げられるが、後記する実施例に記載の放電プラズマ焼結を行なうことが好ましい。放電プラズマ焼結法は、混合粉末を加圧しながら直流パルス電流を流し、粉末間で放電プラズマを発生させて焼結を行なう方法であり、短時間(数分程度)で焼結でき、取り扱いが容易であるなどの利点を有している。放電プラズマ焼結法の具体的な条件は、原料粉末の種類や量などによって相違するため、予備実験で加熱温度を決定する。また、密度を高くするためには、加圧力は高いほうがよく、おおむね、40~50MPaの範囲内に制御することが好ましい。
 (機械加工工程)
 上記のようにして得られた焼結体を機械加工することによってスパッタリングターゲットを製造する。機械加工方法としては、旋盤やフライス盤などを用いた機械加工が挙げられるが,後記する実施例に記載のNC旋盤を用いた機械加工が好ましい。
 このようにして得られたスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法によって形成された薄膜は、特に、光情報記録媒体の記録層などに好ましく用いられる。
 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されず、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適切に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
 (実施例1)
 表1に示す様々な組成の金属酸化物A-金属Bを含む複合スパッタリングターゲット(No.1~14)について、表1に記載の方法で混合した後、焼結し、機械加工を行って製造した。
 No.1~14の詳細な製造方法は、以下のとおりである。
 (No.1について)
 原料粉末として、酸化In粉末(稀産金属製酸化In、純度99.9%、平均粒径7.3μm、標準偏差SD1.0μm)およびPd粉末(石福金属製、平均粒径2.0μm、標準偏差SD0.5μm)を用意した。
 このうち酸化In粉末は、混合前に予め、100メッシュの篩を用いて粗大なものを除去し、篩を通過したもののみを用いた。
 次に、これらの原料粉末を振動ミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、振動ミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末400g(酸化In粉末228gと、Pd粉末172g)と、水800mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢内で破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、放電プラズマ焼結機(住友重機械工業製のSPS-3.20MK-IV)を使用して行なった。詳細には、混合粉末を黒鉛製型φ105mmに充填し、それを上記の焼結機中に設置し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、NC旋盤によって機械加工を行い、No.1のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.2について)
 No.1において、原料粉末として、酸化In粉末の代わりに酸化Zn粉末(本庄ケミカル製酸化Zn:純度99.7%、平均粒径4.5μm、標準偏差SD1.1μm)を用い、酸化Zn粉末とPd粉末の混合量を、酸化Zn粉末:244g、Pd粉末:156 gとしたこと以外は、No.1と同様にして、No.2のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.3について)
 原料粉末として、No.1に用いた酸化In粉末およびPd粉末のほかに、更にAg粉末(徳力化学製、純度99.9%、平均粒径10μm、標準偏差SD1.0μm)を用意した。このうち酸化In粉末は、No.1と同様、予め、100メッシュの篩を用いて粗大なものを除去し、篩を通過したもののみを用いた。
 次に、これらの原料粉末を撹拌羽根付き混合機(コベルコ科研自社製)に投入し、混合した。詳細には、上記の混合機中に、上記の原料粉末 450g(酸化In粉末247.5gと、Pd粉末157.5gと、Ag粉末45g)を加えた後、表1に示す条件で混合し、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度940℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.3のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.4について)
 原料粉末として、No.1に用いた酸化In粉末およびPd粉末のほかに、更にW粉末(和光純薬製、純度99.9%、平均粒径3.5μm、標準偏差SD0.8μm)を用意した。このうち酸化In粉末は、No.1と同様、予め、100メッシュの篩を用いて粗大なものを除去し、篩を通過したもののみを用いた。
 次に、これらの原料粉末をボールミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、ボールミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末500g(酸化In粉末325gと、Pd粉末150gと、W粉末25g)と、水700mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.4のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.5について)
 原料粉末として、酸化Zn粉末(No.2と同じ)、酸化W粉末(和光純薬製酸化W、純度99.9%、平均粒径6.5μm、標準偏差SD1.4μm)、およびNo.1に用いたPd粉末を用意した。
 次に、これらの原料粉末をボールミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、ボールミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末500g(酸化Zn粉末275gと、酸化W粉末25gと、Pd粉末200g)と、水700mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度950℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.5のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.6について)
 原料粉末として、No.1に用いた酸化In粉末およびPd粉末を用意した。
 次に、これらの原料粉末を、No.3で用いた撹拌羽根付き混合機に投入し、No.3と同様にして混合を行ない、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.6のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.7について)
 原料粉末として、酸化Bi粉末(三津和化学製酸化Bi、純度99.99%、平均粒径7.5μm、標準偏差SD1.1μm)、Co粉末(UMICORE製、純度99.9%、平均粒径10μm、標準偏差SD2.0μm)、およびGe粉末(和光純薬製、純度99.99%、平均粒径11μm、標準偏差SD2.4μm)を用意した。
 次に、これらの原料粉末を振動ミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、振動ミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末400g(酸化Bi粉末228gと、Co粉末132gと、Ge粉末40g)と、水700mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.7のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.8について)
 原料粉末として、酸化Sn粉末(三津和化学製酸化Sn、純度99.9%、平均粒径5.0μm、標準偏差SD1.1μm)、並びにNo.3に用いたPd粉末およびAg粉末を用意した。このうち酸化Sn粉末は、予め、100メッシュの篩を用いて粗大なものを除去し、篩を通過したもののみを用いた。
 次に、これらの原料粉末をボールミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、ボールミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末450g(酸化Sn粉末265gと、Pd粉末135gと、Ag粉末22.5g)と、水700mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力40MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.8のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.9について)
 原料粉末として、No.5に用いた酸化Zn粉末と、酸化Co粉末(三津和化学製酸化Co、純度99.9%、平均粒径6.3μm、標準偏差SD1.3μm)と、No.1に用いたPd粉末と、Cu粉末(山石金属製、純度99.9%、平均粒径12μm、標準偏差SD2.3μm)を用意した。
 次に、これらの原料粉末を、No.3で用いた撹拌羽根付き混合機に投入し、混合した。詳細には、上記の混合機中に、上記の原料粉末400g(酸化Zn粉末160gと、酸化Co粉末20gと、Pd粉末160gと、Cu粉末60g)を加えた後、表1に示す条件で混合したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度900℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.9のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.10について)
 原料粉末として、No.7に用いた酸化Bi粉末と、酸化Ge粉末(稀産金属製酸化Ge、純度99.99%、平均粒径7μm、標準偏差SD1.0μm)と、No.1に用いたPd粉末を用意した。このうち酸化Bi粉末および酸化Ge粉末は、予め、100メッシュの篩を用いて粗大なものを除去し、篩を通過したもののみを用いた。
 次に、これらの原料粉末を、Vミキサーに投入し、混合した。詳細には、Vミキサー中に、上記の原料粉末400g(酸化Bi粉末188gと、酸化Ge粉末80gと、Pd粉末132g)を加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、100メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.10のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.11について)
 原料粉末として、No.2に用いた酸化Zn粉末と、No.1に用いたPd粉末、No.9に用いたCu粉末を用意した。
 次に、これらの原料粉末をVミキサーに投入し、混合した。詳細には、Vミキサー中に、上記の原料粉末400g(酸化Zn粉末204gと、Pd粉末156g、Cu粉末40g)を加えた後、表1に示す条件で混合したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度950℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.11のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.12について)
 原料粉末として、No.1に用いた酸化In粉末と、No.1に用いたPd粉末を用意した。
 次に、これらの原料粉末をVミキサーに投入し、混合した。詳細には、Vミキサー中に、上記の原料粉末400g(酸化In粉末228gと、Pd粉末172g)を加えた後、表1に示す条件で混合したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度1000℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.12のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.13について)
 原料粉末として、No.2に用いた酸化Zn粉末と、No.1に用いたPd粉末を用意した。
 次に、これらの原料粉末をVミキサーに投入し、混合した。詳細には、Vミキサー中に、上記の原料粉末400g(酸化Zn粉末244gと、Pd粉末156g)を加えた後、表1に示す条件で混合したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度950℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.13のスパッタリングターゲットを製造した。
 (No.14について)
 原料粉末として、酸化In粉末(No.1と同じ)、酸化Zn粉末(No.2と同じ)、酸化Al粉末(三津和化学酸化Al、純度99.99%、平均粒径0.3μm、標準偏差SD0.1μm)およびPd粉末(No.1と同じ)を用意した。
 次に、これらの原料粉末をボールミルに投入し、湿式下で混合した。詳細には、ボールミル中にφ10mmのアルミナボールと、上記の原料粉末500g(酸化In粉末335gと、酸化Zn粉末65gと、酸化Al粉末30gと、Pd粉末70g)と、水700mLを加えた後、表1に示す条件で混合した。その後、140℃で2時間乾燥した後、乳鉢を用いて破砕し、36メッシュの篩を通過したものを、次の焼結工程に用いた。
 焼結方法は、No.1と同様、放電プラズマ焼結機を使用し、加熱温度950℃、加圧力50MPaにて1時間焼結した。次に、No.1と同様にして機械加工を行い、No.14のスパッタリングターゲットを製造した。
 このようにして製造したNo.1~14の各スパッタリングターゲット(円板形状、直径101.6mm、厚さ5.0mm)について、上記の方法で金属酸化物の円相当直径の最大値および相対密度を測定すると共に、以下の方法により、異常放電および操業安定性を評価した。
 (異常放電の評価方法)
 上記のスパッタリングターゲットをスパッタリング装置(島津製作所製のスパッタリングシステム「HSR-542S」)に取り付け、DCマグネトロンスパッタリングを行なった。このとき、スパッタリング装置の電源に接続したアークモニター(ランドマークテクノロジー製のマイクロアークモニター「MAM Genesis」計測器)によって異常放電(アーキング)の発生回数を測定した。なお、DCマグネトロンスパッタリングの条件は、Ar流量:10sccm、酸素流量:10sccm、ガス圧:0.4Pa、DCスパッタリングパワー:200W、基板温度:室温とした。
 本実施例では、下記の判定基準に基づき、異常放電を評価した。本実施例では、異常放電の発生なし(アーキングの発生回数0)を異常放電合格(A)、発生あり(アーキングの発生回数1回以上)を異常放電不合格(B)と判定した。
 (操業安定性の評価方法)
 また、上記のスパッタリングターゲットをスパッタリング装置(島津製作所製のスパッタリングシステム「HSR-542S」)に取り付け、DCマグネトロンスパッタリングを行なうにあたり、スパッタリングチャンバーを背圧0.27×10-3Paまで真空引きを行なう。相対密度が低い場合は、スパッタリングターゲット中の気孔に存在するガスが放出され、この真空引きに長い時間を要する。そこで、所定の背圧に達するまでの真空引き時間を測定した。
 本実施例では、下記の判定基準に基づき、操業安定性を評価した。本実施例では、真空引き時間が2時間以内の場合を操業安定性合格(A)、2時間を超えた場合を操業安定性不合格(B)と判定した。
 これらの結果を表1にまとめて示す。なお、表1の最右欄には総合評価の欄を設け、異常放電が合格(A)で、且つ、操業安定性も合格(A)のものを「総合評価A」;異常放電が合格(A)で、操業安定性は不合格(B)のものも「総合評価A」;異常放電が不合格(B)のものを「総合評価B」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、以下のように考察することができる。
 まず、本発明の好ましい混合方法で作製したNo.1~10、14は、スパッタリングターゲットの組成にかかわらず、金属酸化物の円相当直径の最大値が200μm以下に制御されているため、スパッタリング中の異常放電を防止することができた。このうち、更に相対密度が適切に制御されたもの(No.1~5、7~9、14)は、操業安定性にも優れることが分かった。
 詳細には、No.1、2、4、および8は、混合前に篩にかけた(事前篩)後、湿式混合を行なった例であり、金属酸化物の円相当直径の最大値および相対密度の両方が適切に制御されているため、スパッタリング中の異常放電を防止でき、且つ、操業安定性も良好であった。
 一方、No.5、7、および14は、事前に篩を行なわずに湿式混合を行なった例であり、事前篩を行なった上記のNo.1、2、4、および8に比べて金属酸化物の円相当直径の最大値は若干大きくなったものの、本発明の範囲を満足しているため、スパッタリング中の異常放電を防止できた。また、相対密度も適切に制御されているため、操業安定性も良好であった。
 No.3は、事前篩を行なった後、撹拌羽付き混合機で混合した例であり、金属酸化物の円相当直径の最大値および相対密度の両方が適切に制御されており、スパッタリング中の異常放電を防止でき、且つ、操業安定性も良好であった。
 一方、No.6および9は、事前に篩を行なわずに、撹拌羽付き混合機で混合した例であり、事前篩を行なった上記のNo.3に比べて金属酸化物の円相当直径の最大値は若干大きくなったものの、本発明の範囲を満足しているため、スパッタリング中の異常放電を防止できた。なお、No.6は、スパッタリングターゲットの相対密度が低下した。
 No.10は、事前篩を行なった後、乾式下、Vミキサーで混合した例であり、金属酸化物の円相当直径の最大値が小さく抑えられており、異常放電は生じなかった。
 これに対し、No.11~13は、事前に篩を行なわずに乾式下、Vミキサーで混合した例であり、金属酸化物の円相当直径の最大値が大きくなり、スパッタリング中に異常放電が生じた。また、No.12と13は、No.11より酸化物の含有率が高いため、スパッタリングターゲットの相対密度が低下し、操業安定性に劣っていた。酸化物は、一般的に金属に比べて融点が高く、したがって同じ温度では酸化物の方がより安定であり、原子の拡散が遅く、焼結が進行しにくい。また、硬度が高く、同じ温度と圧力では粒子が変形せずに粒子間の空隙を埋めることができない。このような理由から、酸化物の含有率が高いものは、相対密度が低下する。
 上記のNo.10と、No.11~13との実験結果より、乾式下、Vミキサーで混合する混合方法を採用する場合には、混合前に事前篩を行なうことが有用であることが分かる。
 参考のため、No.1、No.2(いずれも本発明例)と、No.12(比較例)の顕微鏡写真を、それぞれ、図1(a)~図1(b)、図2(a)~図2(b)、図3(a)~図3(b)に示す。これらの図に示すように、本発明の要件を満足するNo.1およびNo.2はいずれも、金属酸化物の円相当直径の最大値が低く制御されているのに対し、本発明の要件を満足しないNo.12は、金属酸化物の円相当直径の最大値が大きく、大きな酸化物凝集相が観察された。
 本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
 本出願は、2009年9月18日出願の日本特許出願(特願2009-217750)、2010年2月10日出願の日本特許出願(特願2010-028094)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットは、金属酸化物の円相当直径の最大値が200μm以下に制御されているため、スパッタリング中に異常放電が生じたり、熱応力によるスパッタリングターゲットの割れが発生するといった問題を招くことなく、当該スパッタリングターゲットの組成に対応した金属酸化物-金属複合記録層を効率よく作製することができる。また、本発明の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットは、好ましくは相対密度が92%以上に制御されているため、スパッタリング中にスパッタリングターゲットからガスが発生するなどの問題を招くことなく、操業が安定し、生産性が高められる。

Claims (17)

  1.  金属酸化物Aと、金属Bとを含む金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲットであって、前記金属酸化物Aの円相当直径の最大値が200μm以下に制御されている金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  2.  相対密度が92%以上である請求項1に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  3.  前記金属酸化物Aを構成する金属AMと、前記金属Bは、同一または異なっている請求項1に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  4.  前記金属酸化物Aを構成する金属AMと、前記金属Bは、同一または異なっている請求項2に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  5.  前記金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  6.  前記金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項2に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  7.  前記金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項3に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  8.  前記金属酸化物Aは、酸化In、酸化Bi、酸化Zn、酸化W、酸化Sn、酸化Co、酸化Ge、および酸化Alよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項4に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  9.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  10.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項2に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  11.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項3に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  12.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項4に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  13.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項5に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  14.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項6に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  15.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項7に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  16.  前記金属Bは、Pd、Ag、W、Cu、Ge、Co、およびAlよりなる群から選択される少なくとも一種である請求項8に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
  17.  光情報記録媒体用記録層の形成に用いられるものである請求項1~16のいずれか一項に記載の金属酸化物-金属複合スパッタリングターゲット。
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